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RÉSUMÉ
Cet article est une revue de l’utilisation du dépôt par couches atomiques dans le secteur de la microélectronique, en termes d’élaboration de couches minces et de réalisation de composants. Les applications, la chimie des précurseurs, les mécanismes de croissance ainsi que les différents type de réacteurs (avec ou sans assistance plasma) sont décrits.
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Mickael GROS-JEAN : Ingénieur Recherche et Développement - STMicroelectronics, Crolles, France
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Arnaud MANTOUX : Enseignant chercheur - Laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMaP) - Grenoble-INP, CNRS, Université Grenoble Alpes, Grenoble, France
INTRODUCTION
L’ALD est arrivée assez tardivement en microélectronique avec une introduction dans les unités de fabrication de circuits intégrés qui date du début des années 2000. Le principal atout de l’ALD est sa capacité à fabriquer des films très minces avec un excellent contrôle de leur épaisseur, de leur composition chimique et de leur microstructure, que ce soit sur des surfaces planes ou sur des topographies complexes. De plus, de par son principe de saturation de surface, l’ALD n’est pas sensible à la consommation locale, comme c’est le cas avec la technique CVD qui peut conduire à des différences d’épaisseur déposée suivant la densité de motifs. Enfin, la température de dépôt est en général plus faible qu’en CVD, souvent bien inférieure à 400 °C, ce qui la rend compatible avec des empilements sous-jacents fragiles.
Dans cet article sont présentées les différentes applications de l’ALD dans le milieu de la microélectronique, par ordre chronologique d’introduction dans les unités de production. Les divers types d’équipements utilisés sont ensuite décrits, avec une présentation des différentes solutions permettant d’améliorer la rentabilité des procédés, paramètre aujourd’hui capital pour cette industrie devenue mature.
Domaine : ALD, couches minces, microélectronique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Couches minces en microélectronique
Domaines d’application : Microélectronique
Principaux acteurs français :
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Centres de compétence : CEA – Leti
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Industriel : STMicroelectronics
Autres acteurs dans le monde : Intel, Samsung, TSMC, Micron, Imec, Infineon, NXP
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Dépôt PEALD modifié pour l’augmentation de la cinétique de croissance de Ta2O5
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7. Types de chambres de dépôt ALD et vitesse de dépôt
La taille du marché des équipements ALD dédiés à la microélectronique est représentée à la figure 14.
De 2004 à 2015 on note une croissance annuelle moyenne d’environ 22 %. À titre de comparaison, le marché de l’ensemble des équipements de microélectronique n’a progressé que de 2,4 % par an environ.
Un système de production en microélectronique est -composé d’une ou plusieurs chambres connectées à une plateforme robotisée distribuant les plaquettes de silicium des boites de stockage vers les différentes chambres. Cette distribution se fait en général sous vide. La plateforme est connectée au réseau informatique de l’unité de production et gère automatiquement les dépôts.
Le premier type de chambre de dépôt introduit en ALD est de type monoplaquette, la plaquette de silicium étant placée horizontalement dans le réacteur (figure 15). L’injection des gaz peut se faire par le haut, en utilisant des systèmes d’homogénéisation des flux tels que le système en « paume de douche » de la figure 15 a ou le système en entonnoir inversé de la figure 15 b . Les gaz peuvent également être introduits sur le côté du réacteur pour créer un flux laminaire sur la plaque, comme dans le cas du réacteur ASM Pulsar de la figure 15 c . Pour ce type d’appareillage, les injections de précurseurs et les purges s’enchaînent de droite à gauche si l’on prend comme exemple la figure 15, et l’utilisation d’ondes de pression, c’est-à-dire d’une pression plus élevée lors des étapes de purge, permet d’améliorer l’efficacité et la rapidité de ces purges. En effet, si l’on considère la loi de Poiseuille, le déplacement du gradient de pression permet de déplacer efficacement les molécules dans le sens du flux de gaz .
Il existe typiquement deux types de réacteur...
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BIBLIOGRAPHIE
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(7) - MIIKKULAINEN (V.) et al - * - J. of Appl. Phys., 113,...
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